一种高强度复合单瓦楞纸板及其制备方法与流程

1.本发明涉及包装材料技术领域，具体涉及一种高强度复合单瓦楞纸板及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，瓦楞纸箱凭借质量轻、防震缓冲、可折叠和环保可回收等优点在包装材料领域中脱颖而出，但国内常用的瓦楞纸箱是通过设置多层瓦楞叠加来提高瓦楞纸板箱的承重和抗压能力，该类结构制备的瓦楞纸箱用材耗量大、成本高且占用空间大，因而在追求瓦楞纸箱的高承重载荷和高抗压强度的情况下，轻量化的发展趋势对瓦楞纸箱的开发设计的另一挑战。目前瓦楞纸箱各层间复合多数采用胶黏剂进行粘合，胶黏剂的粘结强度、稳定性和耐水耐热性能等直接影响到瓦楞纸板或纸箱的承重抗压强度和使用寿命，淀粉胶黏剂、植物蛋白胶黏剂等由于其良好的生物相容性、无毒无味且价格低廉，是一种具有开发潜力的胶黏剂，但其普遍存在耐水性差、防腐性差且粘合不牢固等问题严重制约了其工业应用。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种高强度复合单瓦楞纸板的制备方法，以及通过该制备方法制备得到一种高强度复合单瓦楞纸板。该制备方法简单高效、环保无毒且成本低廉，适合大规模生产，采用该制备方法制得的瓦楞纸板的抗压强度和粘合强度高、结构稳定、不易跑楞。
4.本发明的目的通过下述技术方案予以实现：一种高强度复合单瓦楞纸板的制备方法，所述高强度复合单瓦楞纸板包括复合单瓦楞纸芯以及与复合单瓦楞纸芯上下表面粘合固定的面纸和里纸，包括如下步骤：
5.s1、瓦楞纸芯制备：通过预热器对瓦楞原纸进行预热，预热温度为103
‑
108℃，再通过瓦楞辊对加热后的瓦楞原纸进行压纹处理，得到波浪形瓦楞纸芯；
6.s2、复合单瓦楞纸芯制备：通过胶黏剂将两张步骤s1所得的瓦楞纸芯粘合得到复合单瓦楞纸芯；
7.s3、面纸和里纸的预加热处理：将面纸和里纸分别进行预加热处理，预加热温度为103
‑
108℃；
8.s4、瓦楞纸板复合：在经步骤s3预热后的面纸的下表面和里纸的上表面分别涂覆一层胶黏剂，步骤s2的复合单瓦楞纸芯置于面纸和里纸之间进行热压合，热压温度为150
‑
160℃；
9.s5、防水涂层涂覆：在面纸的上表面和里纸的下表面均匀涂覆一层防水涂层，并通过蒸汽烘干机干燥后制得所述单瓦楞纸芯型瓦楞纸板，烘干温度为55
‑
60℃。
10.在上述步骤中，所述胶黏剂为改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂，所述胶黏剂包括如下重量份的原料：脱脂大豆粉或脱脂棉籽粉40
‑
60份、淀粉8
‑
15份、水150
‑
400份、改性剂1
‑
4份、交联剂4
‑
20份和防霉剂0.2
‑
0.5份。所述淀粉为玉米淀粉或木薯淀粉中的至少一种。
11.本发明采用上述制备方法制备得到一种高强度复合单瓦楞纸板，通过改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂粘合的复合单瓦楞纸芯设置在保证抗压强度的情况下，能够降低纸板的厚度和质量，并且表面防水涂层的设置提高了瓦楞纸板的防水防潮性能，所述瓦楞纸板采用改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂进行粘合，使该瓦楞纸板的结构稳定、粘合强度和耐压性提高。上述脱脂大豆粉、脱脂棉籽粉、玉米淀粉和木薯淀粉都是来源广泛、价格低廉的天然高分子产物，具有可再生、易降解且生物相容性好的特点，将其用于制备胶黏剂能够有效降低胶黏剂的制备成本，并且不影响废弃瓦楞纸板或瓦楞纸箱的回收再利用。本发明通过脱脂大豆粉、脱脂棉籽粉、玉米淀粉或木薯淀粉之间的复配使用有助于提高胶黏剂的耐水性和粘合强度。
12.优选的，所述脱脂大豆粉或脱脂棉籽粉的粒径为100
‑
160目。
13.优选的，所述改性剂是由十二烷基硫酸钠或氧化锌分别与1
‑
3mol/l的尿素溶液制成的混合液，其中十二烷基硫酸钠或氧化锌的质量含量为3
‑
6％。
14.本发明采用上述改性剂对大豆蛋白或棉籽蛋白进行改性，在十二烷基硫酸钠或氧化锌和尿素的复合作用下使蛋白分子结构展开，暴露出更多的疏水基团和活性组分，有利于提高粘结剂的耐水稳定性和粘合强度。
15.优选的，所述交联剂为聚酰胺环氧氯丙烷、双酚a环氧甘油醚或tde
‑
85环氧树脂中的至少一种。
16.本发明采用上述交联剂中的环氧基团与蛋白分子的羟基、羧基和氨基等活性基团发生反应，形成交联网络结构，交联剂的加入能够显著提高胶黏剂的耐水性、热稳定性和粘合性能。
17.优选的，所述防霉剂为双乙酸钠、四硼酸钠和羟甲基甘氨酸钠中的至少一种。
18.本发明通过加入防霉剂有效改善了淀粉类和蛋白类胶黏剂的不耐腐、易霉变问题，提高了所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂的防霉防腐效果。
19.优选的，所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂胶黏剂的制备方法包括如下步骤：
20.a1、将上述重量份的脱脂大豆粉或脱脂棉籽粉、玉米淀粉或木薯淀粉分散到去离子水中混合搅拌5
‑
10min，再加入改性剂搅拌均匀后，置于微波炉中微波处理2
‑
5min，制得改性蛋白
‑
淀粉分散液；
21.a2、将步骤a1所得的改性蛋白
‑
淀粉分散液升温至30
‑
50℃，搅拌10
‑
30min，加入ph调节剂调节胶黏剂体系的ph值至6
‑
9，搅拌10
‑
20min后，再加入交联剂继续搅拌20
‑
60min，制得所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂。
22.优选的，在上述a1步骤中，所述微波处理的微波功率为250
‑
400w。
23.优选的，所述ph调节剂为氢氧化钠、尿素、柠檬酸钠、磷酸或甲酸中的一种。
24.本发明采用上述的制备方法制备所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂，首先用改性剂对脱脂大豆粉或脱脂棉籽粉、以及玉米淀粉或木薯淀粉进行初步改性，改性剂的加入使大豆蛋白或棉籽蛋白内部的疏水基团暴露，并在微波处理的辅助下使蛋白分子结构松散，暴露出更多的活性基团，有利于蛋白分子上的活性基团与交联剂反应形成交联网络，增大交联密度，提高胶黏剂的耐水性；并且微波处理使得改性蛋白
‑
淀粉分散液的分散稳定性提高，进而改善胶黏剂的稳定性。在上述a2步骤中，采用ph调节剂调节体系的ph值，降低分子间的作用力，改善胶黏剂的流动性和粘合力，通过加入交联剂使所制得胶黏剂的交联密度
提高，进而改善了胶黏剂的耐水性、粘合强度和稳定性。在上述制备步骤中，微波处理的功率和时间对蛋白分子结构影响较大，功率过高或时间过大，蛋白分子容易被严重破坏发生不可逆转变性，胶黏剂的剪切强度下降，并且过多的亲水基团暴露导致胶黏剂的耐水性大幅下降。在本技术方案中，优选微波功率为250
‑
400w，微波时间为2
‑
5min。
25.本发明的有益效果在于：本发明公开了一种高强度复合单瓦楞纸板的制备方法，该方法成本低、生产效率高、环保无毒且工艺简单，制得的瓦楞纸板质量稳定、使用寿命长。本发明通过改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂的使用显著提高了所制得瓦楞纸板的耐水性、粘合强度、结构稳定性和抗压性能。同时，所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂采用脱脂大豆粉或脱脂棉籽粉、玉米淀粉或木薯淀粉等天然产物为原料制备，在满足瓦楞纸板的抗压强度和粘合强度条件下，成本低廉、可再生且易降解，契合了目前市场对绿色环保型胶黏剂以及高强度、轻量化瓦楞纸板的需求。
具体实施方式
26.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
27.实施例1
28.一种高强度复合单瓦楞纸板的制备方法，所述高强度复合单瓦楞纸板包括复合单瓦楞纸芯以及与复合单瓦楞纸芯上下表面粘合固定的面纸和里纸，包括如下步骤：
29.s1、瓦楞纸芯制备：通过预热器对瓦楞原纸进行预热，预热温度为103℃，再通过瓦楞辊对加热后的瓦楞原纸进行压纹处理，得到波浪形瓦楞纸芯；
30.s2、复合单瓦楞纸芯制备：通过胶黏剂将两张步骤s1所得的瓦楞纸芯粘合得到复合单瓦楞纸芯；
31.s3、面纸和里纸的预加热处理：将面纸和里纸分别进行预加热处理，预加热温度为103℃；
32.s4、瓦楞纸板复合：在经步骤s3预热后的面纸的下表面和里纸的上表面分别涂覆一层胶黏剂，步骤s2的复合单瓦楞纸芯置于面纸和里纸之间进行热压合，热压温度为150℃；
33.s5、防水涂层涂覆：在面纸的上表面和里纸的下表面均匀涂覆一层防水涂层，并通过蒸汽烘干机干燥后制得所述单瓦楞纸芯型瓦楞纸板，烘干温度为55℃。
34.在上述步骤中，所述胶黏剂为改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂，所述胶黏剂包括如下重量份的原料：脱脂大豆粉40份、木薯淀粉8份、水150份、改性剂1份、交联剂4份和防霉剂0.2份。
35.优选的，所述脱脂大豆粉的粒径为100目。
36.优选的，所述改性剂是由十二烷基硫酸钠与1mol/l的尿素溶液制成的混合液，其中十二烷基硫酸钠的质量含量为4％。
37.优选的，所述交联剂为双酚a环氧甘油醚。
38.优选的，所述防霉剂为双乙酸钠。
39.优选的，上述胶黏剂的制备方法包括如下步骤：
40.a1、将上述重量份的脱脂大豆粉、木薯淀粉分散到去离子水中混合搅拌5min，再加
入改性剂搅拌均匀后，置于微波炉中微波处理2min，制得改性蛋白
‑
淀粉分散液；
41.a2、将步骤a1所得的改性蛋白
‑
淀粉分散液升温至30℃，搅拌10min，加入ph调节剂调节胶黏剂体系的ph值至5，搅拌10min后，再加入交联剂继续搅拌20min，制得所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂。
42.优选的，在上述a1步骤中，所述微波处理的微波功率为250w。
43.优选的，所述ph调节剂为甲酸。
44.实施例2
45.一种高强度复合单瓦楞纸板的制备方法，所述高强度复合单瓦楞纸板包括复合单瓦楞纸芯以及与复合单瓦楞纸芯上下表面粘合固定的面纸和里纸，包括如下步骤：
46.s1、瓦楞纸芯制备：通过预热器对瓦楞原纸进行预热，预热温度为105℃，再通过瓦楞辊对加热后的瓦楞原纸进行压纹处理，得到波浪形瓦楞纸芯；
47.s2、复合单瓦楞纸芯制备：通过胶黏剂将两张步骤s1所得的瓦楞纸芯粘合得到复合单瓦楞纸芯；
48.s3、面纸和里纸的预加热处理：将面纸和里纸分别进行预加热处理，预加热温度为105℃；
49.s4、瓦楞纸板复合：在经步骤s3预热后的面纸的下表面和里纸的上表面分别涂覆一层胶黏剂，步骤s2的复合单瓦楞纸芯置于面纸和里纸之间进行热压合，热压温度为155℃；
50.s5、防水涂层涂覆：在面纸的上表面和里纸的下表面均匀涂覆一层防水涂层，并通过蒸汽烘干机干燥后制得所述单瓦楞纸芯型瓦楞纸板，烘干温度为55℃。
51.在上述步骤中，所述胶黏剂为改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂，所述胶黏剂包括如下重量份的原料：脱脂棉籽粉50份、玉米淀粉10份、水220份、改性剂2份、交联剂12份和防霉剂0.3份。
52.优选的，所述脱脂棉籽粉的粒径为120目。
53.优选的，所述改性剂是由氧化锌与2mol/l的尿素溶液制成的混合液，其中氧化锌的质量含量为6％。
54.优选的，所述交联剂为tde
‑
85环氧树脂。
55.优选的，所述防霉剂为羟甲基甘氨酸钠。
56.优选的，上述胶黏剂的制备方法包括如下步骤：
57.a1、将上述重量份的脱脂棉籽粉、玉米淀粉分散到去离子水中混合搅拌8min，再加入改性剂搅拌均匀后，置于微波炉中微波处理3min，制得改性蛋白
‑
淀粉分散液；
58.a2、将步骤a1所得的改性蛋白
‑
淀粉分散液升温至35℃，搅拌15min，加入ph调节剂调节胶黏剂体系的ph值至7，搅拌15min后，再加入交联剂继续搅拌30min，制得所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂。
59.优选的，在上述a1步骤中，所述微波处理的微波功率为300w。
60.优选的，所述ph调节剂为柠檬酸钠。
61.实施例3
62.一种高强度复合单瓦楞纸板的制备方法，所述高强度复合单瓦楞纸板包括复合单瓦楞纸芯以及与复合单瓦楞纸芯上下表面粘合固定的面纸和里纸，包括如下步骤：
63.s1、瓦楞纸芯制备：通过预热器对瓦楞原纸进行预热，预热温度为105℃，再通过瓦楞辊对加热后的瓦楞原纸进行压纹处理，得到波浪形瓦楞纸芯；
64.s2、复合单瓦楞纸芯制备：通过胶黏剂将两张步骤s1所得的瓦楞纸芯粘合得到复合单瓦楞纸芯；
65.s3、面纸和里纸的预加热处理：将面纸和里纸分别进行预加热处理，预加热温度为105℃；
66.s4、瓦楞纸板复合：在经步骤s3预热后的面纸的下表面和里纸的上表面分别涂覆一层胶黏剂，步骤s2的复合单瓦楞纸芯置于面纸和里纸之间进行热压合，热压温度为155℃；
67.s5、防水涂层涂覆：在面纸的上表面和里纸的下表面均匀涂覆一层防水涂层，并通过蒸汽烘干机干燥后制得所述单瓦楞纸芯型瓦楞纸板，烘干温度为58℃。
68.在上述步骤中，所述胶黏剂为改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂，所述胶黏剂包括如下重量份的原料：脱脂大豆粉50份、玉米淀粉12份、水250份、改性剂3份、交联剂8份和防霉剂0.3份。
69.优选的，所述脱脂大豆粉的粒径为120目。
70.优选的，所述改性剂是由氧化锌与2mol/l的尿素溶液制成的混合液，其中氧化锌的质量含量为6％。
71.优选的，所述交联剂为聚酰胺环氧氯丙烷。
72.优选的，所述防霉剂为四硼酸钠。
73.优选的，上述胶黏剂的制备方法包括如下步骤：
74.a1、将上述重量份的脱脂大豆粉、玉米淀粉分散到去离子水中混合搅拌10min，再加入改性剂搅拌均匀后，置于微波炉中微波处理4min，制得改性蛋白
‑
淀粉分散液；
75.a2、将步骤a1所得的改性蛋白
‑
淀粉分散液升温至40℃，搅拌20min，加入ph调节剂调节胶黏剂体系的ph值至8，搅拌15min后，再加入交联剂继续搅拌40min，制得所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂。
76.优选的，在上述a1步骤中，所述微波处理的微波功率为350w。
77.优选的，所述ph调节剂为氢氧化钠。
78.实施例4
79.一种高强度复合单瓦楞纸板的制备方法，所述高强度复合单瓦楞纸板包括复合单瓦楞纸芯以及与复合单瓦楞纸芯上下表面粘合固定的面纸和里纸，包括如下步骤：
80.s1、瓦楞纸芯制备：通过预热器对瓦楞原纸进行预热，预热温度为108℃，再通过瓦楞辊对加热后的瓦楞原纸进行压纹处理，得到波浪形瓦楞纸芯；
81.s2、复合单瓦楞纸芯制备：通过胶黏剂将两张步骤s1所得的瓦楞纸芯粘合得到复合单瓦楞纸芯；
82.s3、面纸和里纸的预加热处理：将面纸和里纸分别进行预加热处理，预加热温度为108℃；
83.s4、瓦楞纸板复合：在经步骤s3预热后的面纸的下表面和里纸的上表面分别涂覆一层胶黏剂，步骤s2的复合单瓦楞纸芯置于面纸和里纸之间进行热压合，热压温度为160℃；
84.s5、防水涂层涂覆：在面纸的上表面和里纸的下表面均匀涂覆一层防水涂层，并通过蒸汽烘干机干燥后制得所述单瓦楞纸芯型瓦楞纸板，烘干温度为60℃。
85.在上述步骤中，所述胶黏剂为改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂，所述胶黏剂包括如下重量份的原料：脱脂棉籽粉60份、木薯淀粉15份、水400份、改性剂4份、交联剂20份和防霉剂0.5份。
86.优选的，所述脱脂棉籽粉的粒径为160目。
87.优选的，所述改性剂是由十二烷基硫酸钠与3mol/l的尿素溶液制成的混合液，其中十二烷基硫酸钠的质量含量为3％。
88.优选的，所述交联剂为聚酰胺环氧氯丙烷。
89.优选的，所述防霉剂为双乙酸钠。
90.优选的，上述胶黏剂的制备方法包括如下步骤：
91.a1、将上述重量份的脱脂棉籽粉、木薯淀粉分散到去离子水中混合搅拌10min，再加入改性剂搅拌均匀后，置于微波炉中微波处理5min，制得改性蛋白
‑
淀粉分散液；
92.a2、将步骤2所得的改性蛋白
‑
淀粉分散液升温至50℃，搅拌30min，加入ph调节剂调节胶黏剂体系的ph值至9，搅拌20min后，再加入交联剂继续搅拌60min，制得所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂。
93.优选的，在上述a1步骤中，所述微波处理的微波功率为400w。
94.优选的，所述ph调节剂为氢氧化钠。
95.对比例1
96.与实施例3相比，本对比例与实施例3的区别在于：本对比例采用的改性剂为3mol/l的尿素溶液。
97.对比例2
98.与实施例3相比，本对比例与实施例3的区别在于：本对比例采用的交联剂为市售环氧树脂npef
‑
170。
99.对比例3
100.与实施例3相比，本对比例与实施例3的区别在于：本对比例的改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂胶黏剂的制备方法包括如下步骤：
101.a1、将上述重量份的脱脂大豆粉、玉米淀粉分散到去离子水中混合搅拌10min，再加入改性剂搅拌均匀后，制得改性蛋白
‑
淀粉分散液；
102.a2、将步骤2所得的改性蛋白
‑
淀粉分散液升温至40℃，搅拌20min，加入ph调节剂调节胶黏剂体系的ph值至8，搅拌15min后，再加入交联剂继续搅拌40min，制得所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂。
103.按照上述实施例1
‑
4和对比例1
‑
3中的制备方法制得的瓦楞纸板进行各项性能测试，其中，耐破强度和边压强度按照gb/t6545
‑
1998标准进行测试，粘合强度按照gb/t 6548
‑
2011标准进行测定，耐水性测试采用所制瓦楞纸板置入25℃的水中开始计时，当瓦楞纸分离时停止计时，所述瓦楞纸板的里纸和面纸定量为500g/
㎡
，瓦楞纸芯定量为100g/
㎡
，按照实施例1
‑
4和对比例1
‑
3方法制得的瓦楞纸板的测试结果如下表1所示。
104.表1实施例1
‑
4和对比例1
‑
3的性能测试数据表
[0105][0106]
由上述数据表1的测试结果可知，按照实施例1
‑
4所制得的瓦楞纸板具有较高的耐破强度、边压强度和粘合强度，说明在本发明的制备方法中所述改性蛋白
‑
淀粉复合胶黏剂对瓦楞纸板的力学强度提升发挥出很强的作用。对比例1和实施例3的测试结果对比说明由氧化锌与尿素复合而成的改性剂相比于尿素改性剂对所制得胶黏剂的粘合性能增强效果明显。对比例2和实施例3相比，实施例3采用的交联剂为聚酰胺环氧氯丙烷，该交联剂与蛋白结构的羟基等活性基团花发生化学交联，提高了胶黏剂的交联密度，因而较对比例2的胶黏剂的粘合强度有了明显提升。而对比例3的测试结果显示，在所述改性蛋白
‑
淀粉胶黏剂的制备过程中不采用微波处理所得对比例3瓦楞纸板的力学性能和粘合强度较实施例3出现明显的下降，说明微波处理对蛋白、淀粉的改性作用明显，在微波辅助下蛋白分子结构展开、以及淀粉分子改性更有利于与交联剂的交联，从而实现对胶黏剂力学性能、耐水性和粘合强度的增强。
[0107]
上述的具体实施例是对本发明技术方案和有益效果的进一步说明，并非对实施方式的限定。对本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。